DE102021132039A1

DE102021132039A1 - Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreises eines Kraftfahrzeugs und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102021132039A1
Application number: DE102021132039.9A
Authority: DE
Inventors: Julian Cherchi
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2021-12-06
Filing date: 2021-12-06
Publication date: 2023-06-07
Also published as: EP4444560A1; CN118317877A; WO2023104363A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreises (10) eines Kraftfahrzeugs, mit einem Verdichter (16), welcher in einem Heizbetrieb des Kältemittelkreises (10) ein Kältemittel durch einen ersten Kondensator (18) hindurch fördert, mittels welchem ein in einen Fahrgastraum einbringbarer Luftstrom (20) erwärmt wird. Der Verdichter (16) fördert das Kältemittel für eine weitere Abkühlung durch einen zweiten Kondensator (28) hindurch. Zumindest ein Teilstrom des von dem zweiten Kondensator (28) her kommenden Kältemittels wird mittels eines ersten Expansionsorgans (36) entspannt und einem ersten Verdampfer (38) zugeführt, mittels welchem eine Feuchte des Luftstroms verringerbar ist. Zum Erhöhen einer an dem ersten Kondensator (18) zur Verfügung stehenden Heizleistung wird ein weiterer Teilstrom des Kältemittels mittels eines zweiten Expansionsorgans (72) entspannt und einem zweiten Verdampfer (64) zugeführt. Das von den Verdampfern (38, 64) kommende Kältemittel wird einer Saugseite (48) des Verdichters (16) zugeführt. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Kältemittelkreis (10).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreises eines Kraftfahrzeugs. Der Kältemittelkreis umfasst einen Verdichter, welcher in einem Heizbetrieb des Kältemittelkreises ein Kältemittel durch einen ersten Kondensator hindurch fördert. Mittels des ersten Kondensators wird ein in einen Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs einbringbarer Luftstrom erwärmt. Der Verdichter fördert das Kältemittel in dem Heizbetrieb durch einen zweiten Kondensator hindurch, mittels welchem eine weitere Abkühlung des Kältemittels bewirkbar ist. Zumindest ein Teilstrom des von dem zweiten Kondensator her kommenden Kältemittels wird mittels eines ersten Expansionsorgans entspannt und einem ersten Verdampfer zugeführt. Mittels des ersten Verdampfers ist eine Feuchte des in den Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs einbringbaren Luftstroms verringerbar. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Kältemittelkreis.
Die DE 10 2018 213 232 A1 beschreibt Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage eines Fahrzeugs mit einem eine Wärmepumpenfunktion aufweisenden Kältemittelkreislauf. In einem Nachheizbetrieb wird bei einem Wärmeüberschuss neben einer Wärmeabgabe an die Zuluft eines Fahrgastraums über einen inneren Heizkondensator zusätzlich über einen äußeren Wärmeübertrager Wärme an die Umgebung des Fahrzeugs abgegeben, bevor das Kältemittel über einen Verdampfer wieder zurück zu einem Kältemittelverdichter strömt. Hierzu wird ein dem äußeren Wärmeübertrager vorgeschaltetes Nachheiz-Expansionsorgan vollständig geöffnet, wobei das Druckniveau des Kältemittels das Drucklevel des Heizkondensators annimmt. Anschließend wird das Kältemittel mittels eines Expansionsventils in den Verdampfer auf Niederdruck expandiert.
Die DE 10 2019 133 488 A1 beschreibt ein weiteres Nachheizverfahren zum Betreiben einer Kälteanlage für ein Kraftfahrzeug.
Die DE 10 2019 121 711 A1 beschreibt ein Wärmeverwaltungssystem für ein elektrifiziertes Fahrzeug.
Die DE 10 2009 056 027 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betrieb eines Kältemittelkreislaufs einer Fahrzeug-Klimaanlage.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, welches mit einem verbesserten Heizbetrieb einhergeht, und ein Kraftfahrzeug mit einer zur Durchführung des Verfahrens ausgebildeten Steuerungseinrichtung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreises eines Kraftfahrzeugs fördert ein Verdichter in einem Heizbetrieb des Kältemittelkreises ein Kältemittel durch einen ersten Kondensator hindurch. Mittels des ersten Kondensators wird ein in einen Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs einbringbarer Luftstrom erwärmt. Der Verdichter fördert das Kältemittel in dem Heizbetrieb durch einen zweiten Kondensator hindurch, mittels welchem eine weitere Abkühlung des Kältemittels bewirkbar ist. Zumindest ein Teilstrom des von dem zweiten Kondensator her kommenden Kältemittels wird mittels eines ersten Expansionsorgans entspannt und einem ersten Verdampfer zugeführt. Mittels des ersten Verdampfers ist eine Feuchte des in den Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs einbringbaren Luftstroms verringerbar. Zum Erhöhen einer an dem ersten Kondensator zur Verfügung stehenden Heizleistung wird ein weiterer Teilstrom des von dem zweiten Kondensator her kommenden Kältemittels mittels eines zweiten Expansionsorgans entspannt und einem zweiten Verdampfer zugeführt. Das von den Verdampfern kommende Kältemittel wird einer Saugseite des Verdichters zugeführt.
Dieses Verfahren beruht auf der Erkenntnis, dass durch Beaufschlagen des zweiten Verdampfers mit dem entspannten weiteren Teilstrom des Kältemittels sehr einfach und rasch zusätzliche Wärme in das Kältemittel eingebracht werden kann. Denn das den zweiten Verdampfer durchströmende Kältemittel kann Wärme aus einem Kühlmedium aufnehmen, mit welchem der zweite Verdampfer beaufschlagt werden kann. Dadurch braucht nicht zum Zwecke des Erhöhens der an dem ersten Kondensator zur Verfügung stehenden Heizleistung das Durchströmtwerden des zweiten Kondensators mit Kältemittel unterbunden zu werden. Dies ist im Hinblick auf einen stabilen Heizbetrieb des Kältemittelkreises vorteilhaft. Folglich geht das Verfahren mit einem verbesserten Heizbetrieb einher.
Der erste Kondensator, welcher im Heizbetrieb des Kältemittelkreises als Gaskühler betrieben wird und auch als Heizregister bezeichnet werden kann, kann sehr effizient warme Luft für den Innenraum oder Fahrgastraum bereitstellen, indem der erste Kondensator den in den Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs einbringbaren Luftstrom erwärmt. Und durch das Entspannen des Kältemittels an dem ersten Expansionsorgan kann eine besonders effiziente, insbesondere energieeffiziente, Entfeuchtung des in den Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs einbringbaren Luftstroms erreicht werden.
Mittels des Verfahrens lässt sich daher eine Erhöhung der Effizienz bei einer Klimatisierung des Fahrgastraums oder Innenraums und eine breite Verfügbarkeit erreichen. Insbesondere kann eine effiziente Klimatisierung des Fahrgastraums bei Temperaturen der Umgebungsluft von etwa 15 °C bis etwa 35 °C sichergestellt werden. Insbesondere wenn der Verdichter als elektrisch angetriebener Kältemittelverdichter ausgebildet ist, lässt sich in vorteilhafter Weise eine Entnahme von elektrischer Leistung aus einem elektrischen Energiespeicher des Kraftfahrzeugs minimieren. Wenn der elektrische Energiespeicher zudem elektrische Energie für eine Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs bereitstellt, etwa weil das Kraftfahrzeug als Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug ausgebildet ist, lässt sich dementsprechend eine Reichweite des Kraftfahrzeugs erhöhen.
Durch eine Aufteilung der an dem ersten Kondensator und an dem zweiten Kondensator jeweils zur Verfügung gestellten Heizleistung kann darüber hinaus über eine entsprechende Klimaregelung ein gutes und komfortables Mischungsverhältnis aus Warmluft und Frischluft beziehungsweise Umgebungsluft frei gewählt werden. Dies liegt daran, dass eine geforderte, von dem ersten Kondensator zur Verfügung zu stellende Heizleistung sehr exakt bereitgestellt werden kann. Denn es braucht nicht ein Mischungsverhältnis aus Kaltluft und Umgebungsluft beziehungsweise Frischluft eingestellt zu werden.
Durch das Beaufschlagen des zweiten Verdampfers mit dem weiteren Teilstrom des von dem zweiten Kondensator her kommenden Kältemittels kann insbesondere ein temporäres Defizit der an dem ersten Kondensator zur Verfügung stehenden Heizleistung sehr einfach ausgeglichen werden. Zum Auftreten eines solchen Defizits kann es beispielsweise kommen, wenn etwa von einem Insassen des Fahrgastraums eine stärkere Erwärmung des mittels des ersten Kondensators erwärmbaren Luftstroms gewünscht wird und der Insasse eine Bedieneinrichtung einer den Kältemittelkreis umfassenden Klimaanlage des Kraftfahrzeugs entsprechend betätigt.
Des Weiteren kann durch das Beaufschlagen des zweiten Verdampfers mit dem weiteren Teilstrom sehr rasch und aufwandsarm auf eine Situation reagiert werden, in welcher es zu einer, insbesondere kurzfristigen oder vorübergehenden, Verringerung der sich in dem Kältemittelkreis befindenden Wärmemenge oder Energiemenge kommt. Auch auf eine derartige Situation kann in vorteilhafter Weise durch Hinzunahme des zweiten Verdampfers rasch und aufwandsarm reagiert werden.
Ein temporäres Defizit der an dem ersten Kondensator zur Verfügung stehenden Heizleistung kann etwa dadurch bedingt sein, dass an dem zweiten Kondensator, welcher insbesondere im Bereich eines Frontends des Kraftfahrzeugs angeordnet sein und daher auch als Frontendkondensator bezeichnet werden kann, keine genau spezifizierbare beziehungsweise nicht exakt eine gewünschte Menge an Heizleistung abgeführt wird. Vielmehr kann der Fall auftreten, dass durch die zusätzliche Einbindung des zweiten Kondensators oder Frontendkondensators in den Kältemittelkreis im Heizbetrieb des Kältemittelkreises an dem zweiten Kondensator eine bestimmte Mindestabfuhr an Wärme aus dem Kältemittel erfolgt. Daher ist es auch in einer solchen Situation vorteilhaft, wenn durch Beaufschlagen des zweiten Verdampfers mit dem weiteren Teilstrom an entspanntem Kältemittel ein temporäres oder vorübergehendes Defizit der an dem ersten Kondensator zur Verfügung stehenden Heizleistung ausgeglichen oder kompensiert wird.
Des Weiteren ist die an dem zweiten Kondensator abgeführte Wärmemenge von einer Vielzahl von weiteren Faktoren abhängig, etwa von der Luftmasse, mit welcher der zweite Kondensator beaufschlagt wird und von der Temperatur, welche diese üblicherweise durch Umgebungsluft bereitgestellte Luftmasse aufweist. Wenn der zweite Kondensator oder Frontendkondensator mittels eines Lüfters des Kraftfahrzeugs mit einem Luftmassenstrom beaufschlagt wird, so kann eine Stärke des Luftmassenstroms darüber hinaus davon abhängen, ob der Frontendkondensator einen weiteren Wärmeübertrager umfasst, welcher zu Kühlzwecken mit Luft beaufschlagt wird.
Auch derartige Faktoren können folglich dazu beitragen, dass an dem zweiten Kondensator eine größere Wärmeabfuhr stattfindet, als dies im Hinblick auf eine Abfuhr von in Bezug auf den ersten Kondensator überschüssiger Heizleistung wünschenswert ist. Und diese größere Wärmeabfuhr kann durch das Beaufschlagen des zweiten Verdampfers mit dem weiteren Teilstrom des Kältemittels kompensiert werden.
Hierbei ist vorteilhaft, wenn der Frontendkondensator oder zweite Kondensator in dem Heizbetrieb weiterhin in den Kältemittelkreis eingebunden bleibt, also von dem Kältemittel durchströmt wird, welches der Verdichter zunächst durch den ersten Kondensator in Form des Heizregisters hindurch fördert. Denn ein Herausnehmen oder Abkoppeln des zweiten Kondensators aus dem Kältemittelkreis im Heizbetrieb macht eine aufwendige, erneute Einregelung des Kältemittelkreises und des Heizbetriebs erforderlich. Dies ist ungünstig und kann vorliegend vermieden werden.
Zudem kann es aufgrund eines Unterbindens des Durchströmtwerdens des zweiten Kondensators zu unerwünschten Temperaturschwankungen an dem ersten Verdampfer kommen. Und wenn nach dem Abkoppeln des zweiten Kondensators aus dem Kältemittelkreis sich in dem zweiten Kondensator befindendes Kältemittel mittels des Verdichters abgesaugt wird, so ist auch dies mit einem entsprechenden Aufwand verbunden. Derartige Störungen im Heizbetrieb des Kältemittelkreises können vorliegend besonders weitgehend unterbunden werden, weil kein häufiger Verschaltungswechsel vorgenommen wird, bei welchem der zweite Kondensator aus dem Kältemittelkreis ausgekoppelt wird.
Das dem, insbesondere als sogenannter Chiller ausgebildeten, zweiten Verdampfer vorgeschaltete zweite Expansionsorgan dient insbesondere zum kurzzeitigen Ausgleich eines Heizleistungsdefizits an dem ersten Kondensator oder Heizregister. Durch entsprechendes Ansteuern dieses zweiten Expansionsorgans kann insbesondere ein Wechsel aus einer Verschaltung des Kältemittelkreises, in welcher ein Wärmeüberschuss über den zweiten Kondensator abgeführt wird, in eine Verschaltung des Kältemittelkreises in vorteilhafter Weise entprellt werden, in welcher ein Durchströmtwerden des zweiten Kondensators unterbunden ist.
Das Vermeiden von häufigen Verschaltungswechseln und eine dementsprechende Entprellung ist daher im Hinblick auf den mittels des Verfahrens erreichbaren verbesserten Heizbetrieb vorteilhaft.
Insbesondere kann das zweite Expansionsorgan auf eine Sollaustrittstemperatur des aus dem ersten Kondensator oder Heizregister austretenden und in den Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs einbringbaren Luftstroms beziehungsweise eine entsprechende Kondensationstemperatur des ersten Kondensators geregelt werden, um die in dem Kältemittelkreis zur Verfügung stehende Heizleistung zu erhöhen.
Vorzugsweise ist der zweite Verdampfer als Chiller ausgebildet, welcher Wärme aus einem Kühlmittelstrom aufnimmt. Dann kann nämlich an dem zweiten Verdampfer besonders rasch und besonders viel Wärme in das Kältemittel eingebracht werden. Denn ein flüssiges, insbesondere Wasser enthaltendes, Kühlmittel weist eine vergleichsweise hohe Wärmekapazität auf.
Vorzugsweise wird für die Entprellung und somit das Vermeiden eines häufigen Verschaltungswechsels berücksichtigt, welche Wärmemenge aus dem Kühlmittelstrom an dem zweiten Verdampfer oder Chiller aufgenommen werden kann. Hier spielt zum einen die Temperatur des Kühlmittelstroms sowie die Zeitdauer eine Rolle, während welcher ein Wärmeübergang von dem Kühlmittelstrom auf das Kältemittel stattfindet. Insbesondere durch eine Vorgabe von Schwellenwerten im Hinblick auf die aus dem Kühlmittelstrom aufnehmbare Wärmemenge kann ein häufiges Auskoppeln des zweiten Kondensators oder Frontendkondensators aus dem Kältemittelkreis im Heizbetrieb vermieden werden.
Vorzugsweise wird vor dem Beaufschlagen des zweiten Verdampfers mit dem weiteren Teilstrom zunächst zum Erhöhen der an dem ersten Kondensator zur Verfügung stehenden Heizleistung ein durchströmbarer Querschnitt einer Drosseleinrichtung verringert. Die Drosseleinrichtung ist bei einer in dem Heizbetrieb vorliegenden Strömungsrichtung des Kältemittels durch den Kältemittelkreis stromabwärts des ersten Kondensators und stromaufwärts des zweiten Kondensators angeordnet. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch ein Verringern des durchströmbaren Querschnitts der Drosseleinrichtung der Druck des Kältemittels im Bereich des ersten Kondensators und somit auch die Temperatur des Kältemittels im Bereich des ersten Kondensators erhöht werden kann. In analoger Weise kann durch ein Erhöhen oder Vergrößern des durchströmbaren Querschnitts der Drosseleinrichtung die an dem ersten Kondensator zur Verfügung stehende Heizleistung verringert werden. Auf diese Weise lässt sich sehr einfach und rasch eine Aufteilung der an dem ersten Kondensator beziehungsweise Heizregister und dem zweiten Kondensator beziehungsweise Frontendkondensator jeweils abzuführenden Wärmemengen einstellen.
Insbesondere kann die Drosseleinrichtung als dem Heizregister oder ersten Kondensator nachgeschaltetes Expansionsventil ausgebildet sein, mittels welchem sich eine Sollaustrittstemperatur, also eine Solltemperatur des stromabwärts des ersten Kondensators oder Heizregisters vorliegenden Luftstroms, beziehungsweise eine Kondensationstemperatur an dem ersten Kondensator oder Heizregister einstellen oder regeln lässt.
Insbesondere wenn zunächst zum Erhöhen der an dem ersten Kondensator zur Verfügung stehenden Heizleistung der durchströmbare Querschnitt der Drosseleinrichtung verringert wird, bevor überhaupt der zweite Teilstrom des Kältemittels dem zweiten Verdampfer zugeführt wird, lässt sich ein sehr gleichmäßiger Heizbetrieb des Kältemittelkreises erreichen.
Vorzugsweise wird ein Sollwert einer Temperatur des ersten Kondensators, bis zu welcher die Drosseleinrichtung geöffnet bleibt, auf einen höheren Wert eingestellt als ein Sollwert der Temperatur des ersten Kondensators, bei deren Erreichen das zweite Expansionsorgan geöffnet wird. Auf diese Weise kann insbesondere sichergestellt werden, dass das zweite Expansionsorgan in einem stationären Heizbetrieb des Kältemittelkreises geschlossen bleibt, solange der erste Kondensator eine ausreichende Heizleistung bereitstellt, um den Sollwert der Temperatur zu erreichen. Dies ist im Hinblick auf einen gleichmäßigen und stabilen Heizbetrieb des Kältemittelkreises vorteilhaft.
Vorzugsweise wird der durchströmbare Querschnitt der Drosseleinrichtung in Abhängigkeit von einem Sollwert einer Temperatur eingestellt, auf welche der Luftstrom mittels des ersten Kondensators erwärmt werden soll. So kann sehr einfach ein entsprechender Heizwunsch berücksichtigt werden, welcher beispielsweise von einem sich in dem Fahrgastraum befindenden Insassen des Kraftfahrzeugs vorgegeben werden kann.
Die Drosseleinrichtung kann vorzugsweise in eine Sperrstellung verbracht werden, in welcher ein Durchströmtwerden des zweiten Kondensators unterbunden ist. Das Verbringen der Drosseleinrichtung in die Sperrstellung wird vorzugsweise lediglich dann vorgenommen, wenn weder durch ein Verringern des durchströmbaren Querschnitts der Drosseleinrichtung noch durch das sich zeitlich anschließende Beaufschlagen des zweiten Verdampfers mit dem weiteren Teilstrom des Kältemittels an dem ersten Kondensator eine vorgegebene Heizleistung bereitstellbar ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass es nur vergleichsweise selten zu einem Abkoppeln des zweiten Kondensators beziehungsweise Ausbinden des zweiten Kondensators aus dem Kältemittelkreis kommt. Auch dies ist im Hinblick auf einen möglichst störungsfreien und gleichmäßigen Heizbetrieb des Kältemittelkreises vorteilhaft.
Vorzugsweise wird eine Öffnungsweite des ersten Expansionsorgans in Abhängigkeit von dem weiteren Abkühlen des Kältemittels eingestellt, welches mittels des zweiten Kondensators bewirkbar ist. Bei einer geringen Öffnungsweite des ersten Expansionsorgans kommt es somit zu einem stärkeren weiteren Abkühlen des Kältemittels in dem zweiten Kondensator als bei einer größeren Öffnungsweite des ersten Expansionsorgans. Folglich lässt sich das weitere Abkühlen des Kältemittels sehr zielgerichtet einstellen. Dies ist für eine effiziente Entfeuchtung des dem Fahrgastraum oder Innenraum des Kraftfahrzeugs zuführbaren Luftstroms vorteilhaft.
Des Weiteren kann auf diese Weise insbesondere ein Unterkühlen des bereits kondensierten Kältemittels in dem zweiten Kondensator erreicht werden. Ein Regelziel eines derartigen Unterkühlens kann sich insbesondere nach der Höhe der gesamten Kondensatorlast oder Kondensatorleistung richten und somit eine Funktion dieser Kondensatorlast sein. Ein Wertebereich, innerhalb dessen das Regelziel variieren kann, kann insbesondere zwischen 4 K und 12 K liegen.
Vorzugsweise werden zum Einstellen eines Luftmassenstroms, mit welchem der zweite Kondensator beaufschlagt wird, eine an dem ersten Kondensator aus dem Kältemittel abgeführte Wärmemenge und eine Differenz zwischen einer Temperatur des Kältemittels an einem Eintritt in den zweiten Kondensator und einer Temperatur der Umgebungsluft berücksichtigt. Auf diese Weise kann sehr genau ermittelt werden, wie groß der Luftmassenstrom sein soll, mit dem der zweite Kondensator, insbesondere Frontendkondensator, beaufschlagt werden soll. Insbesondere kann eine überschüssige Verlustleistung sehr exakt ermittelt werden, welche an dem zweiten Kondensator abgeführt werden soll.
Des Weiteren kann der zum Abführen der überschüssigen Verlustleistung beziehungsweise des Heizüberschusses einzustellende Luftmassenstrom einfach berechnet und eingestellt werden. Die gesamte über den ersten Kondensator und den zweiten Kondensator abzuführende Wärmemenge kann beispielsweise aus der Summe der Leistungen der Verdampfer sowie der Leistung des Verdichters berechnet werden. Hierbei kann näherungsweise davon ausgegangen werden, dass dann, wenn der Verdichter als elektrischer Kältemittelverdichter ausgebildet ist, eine elektrische Leistung des Verdichters im Wesentlichen der mittels des Verdichters beziehungsweise aufgrund des Betreibens des Verdichters in das Kältemittel eingebrachten Wärmemenge entspricht. Und bei der jeweiligen Verdampferleistung handelt es sich um die Wärmemenge, welche an dem jeweiligen Verdampfer von dem Kältemittel aufgenommen wird. Diese gesamte Wärmemenge in Form der Summe der Leistungen der Verdampfer und der Leistung des Verdichters liegt dementsprechend in dem Kältemittelkreis vor. Wenn von dieser gesamten Wärmemenge die Heizleistung abgezogen wird, welche an dem ersten Kondensator oder Heizregister an den Luftstrom abgegeben wird, so lässt sich die an dem zweiten Kondensator oder Frontendkondensator abzuführende Leistung einfach ermitteln.
Die mittels des zweiten Kondensators oder Frontendkondensators abzuführende Wärmemenge oder Leistung kann etwa mit Hilfe eines für den zweiten Kondensator spezifischen Kennfelds in einen Soll-Luftmassenstrom gewandelt werden. In einem solchen Kennfeld kann insbesondere die Differenz zwischen der Temperatur des Kältemittels an dem Eintritt in den zweiten Kondensator und der Temperatur der Umgebungsluft berücksichtigt werden.
Der Soll-Luftmassenstroms, mit welchem der zweite Kondensator beaufschlagt werden soll, kann insbesondere durch Ansteuern eines dem zweiten Kondensator zugeordneten Lüfters und/oder durch Öffnen einer diesem Kondensator zugeordneten Jalousie oder Kühlerjalousie bereitgestellt werden. Dementsprechend kann etwa durch Erhöhen einer Drehzahl des Lüfters oder durch weiteres Öffnen der Kühlerjalousie ein bestimmter Luftmassenstrom bereitgestellt werden, mit welchem der zweite Kondensator beaufschlagt wird. Wenn keine Jalousie oder Kühlerjalousie an einem den zweiten Kondensator umfassenden Kühler vorhanden ist, so kann auch lediglich durch entsprechendes Einstellen einer Drehzahl des dem zweiten Kondensator zugeordneten Lüfters der gewünschte Luftmassenstrom eingestellt werden.
Vorzugsweise werden zum Ermitteln eines Überschusses und/oder eines Defizits der an dem ersten Kondensator zur Verfügung stehenden Heizleistung eine Temperatur und eine Masse des dem ersten Kondensator zugeführten Luftstroms, eine durch den ersten Kondensator zu bewirkende Erwärmung des Luftstroms und eine in den Kältemittelkreis eingebrachte Wärmemenge berücksichtigt. Auf diese Weise lässt sich sehr einfach und präzise feststellen, ob an dem ersten Kondensator ein Überschuss an Heizleistung zur Verfügung steht oder ein Defizit an Heizleistung vorliegt.
Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in dem Kältemittelkreis Leistungen berechnet und bilanziert werden können, wobei der physikalische Zusammenhang: $Q_{p} = mf * cp * Δ T$
herangezogen werden kann, wobei gilt: Q_p = Wärmeleistung, mf = Luftmasse, cp = Wärmekapazität der Luft und ΔT = Unterschied der Temperatur der Luftmasse beziehungsweise des Luftstroms am Eintritt und am Austritt des ersten Verdampfers.
Teilweise können somit gemessene Ist-Leistungen herangezogen werden, wobei zur Ermittlung der Temperaturdifferenz ΔT Eingangsgrößen von Temperatursensoren verwendet werden können. Des Weiteren können angeforderte Soll-Leistungen berücksichtigt werden. Hierbei kann insbesondere eine Mischberechnung vorgenommen werden, bei welcher zur Berechnung einer Temperaturdifferenz Messwerte eines Temperatursensors und ein Heizwunsch beziehungsweise Kühlwunsch herangezogen werden können. Diese Soll-Leistungen sind insbesondere durch die Wärmeübertrager in Form des ersten Verdampfers sowie des ersten Kondensators oder Heizregisters bereitzustellen, um den in den Fahrgastraum einzubringenden Luftstrom entsprechend zu konditionieren.
Wenn in dem Heizbetrieb der Heizüberschuss beziehungsweise eine Überversorgung an dem als Heizregister dienenden ersten Kondensator festgestellt wird, so kann der zweite Kondensator als zusätzliche Wärmesenke in Reihe zu dem ersten Kondensator verschaltet und dementsprechend von dem Kältemittel durchströmt werden, welches der Verdichter durch den Kältemittelkreis hindurch fördert. Eine derartige Überversorgung kann dann auftreten, wenn die sich in dem Kältemittelkreis befindende beziehungsweise in den Kältemittelkreis eingebrachte Wärmemenge größer ist als die Wärmemenge, die an dem als Wärmesenke dienenden ersten Kondensator an den Luftstrom abgeführt wird. In diesem Fall liegt quasi eine Übererfüllung des Heizwunsches vor.
Die an dem ersten Kondensator beziehungsweise Heizregister von dem Luftstrom aufzunehmende Wärmemenge kann aus dem Heizwunsch sowie der Luftmasse (mf) ermittelt werden, mit welcher der erste Kondensator beaufschlagt wird, wenn der in den Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs einzubringende Luftstrom den ersten Kondensator durchströmt. Die Stärke des Luftstroms kann hierbei insbesondere von einer Steuerungseinrichtung etwa in Form eines Klimasteuergeräts des Kraftfahrzeugs vorgegeben werden, welches einen dem ersten Kondensator zugeordneten Lüfter ansteuert. Die in den Kältemittelkreis eingebrachte und sich somit in dem Kältemittelkreis befindende Energie kann ermittelt werden, indem die an dem ersten Verdampfer aufgenommene Wärmemenge sowie die Leistung des Verdichters aufsummiert werden.
Das von dem Klimasteuergerät ausgegebene Ansteuersignal zum Ansteuern des Lüfters kann insbesondere von einem Insassen des Fahrgastraums über eine entsprechende Bedieneinrichtung des Kraftfahrzeugs eingestellt werden.
Vorzugsweise wird in dem Heizbetrieb durch Betätigen wenigstens einer Ventileinrichtung des Kältemittelkreises dafür gesorgt, dass ein gesamter von dem Verdichter geförderter Massenstrom des Kältemittels zumindest durch den ersten Kondensator hindurchströmt. Dies ist einem effizienten Heizbetrieb zuträglich. Als Ventileinrichtung kann wenigstens ein Mehrwegeventil zum Einsatz kommen. Zusätzlich oder alternativ kann die Ventileinrichtung durch Absperrventile bereitgestellt sein, welche dafür sorgen, dass in dem Heizbetrieb der gesamte von dem Verdichter geförderte Massenstrom des Kältemittels dem ersten Kondensator zugeführt wird.
Vorzugsweise wird in dem Heizbetrieb eine direkte fluidische Kopplung des ersten Kondensators und des zweiten Kondensators mit der Saugseite des Verdichters unterbunden. Ein derartiges Verbinden des ersten Kondensators und/oder des zweiten Kondensators mit der Saugseite des Verdichters kann zwar bei anderen Betriebsweisen des Kältemittelkreises als dem Heizbetrieb sinnvoll sein. In dem Heizbetrieb sorgt jedoch das Unterbinden der direkten fluidischen Kopplung des ersten Kondensators und des zweiten Kondensators mit der Saugseite des Verdichters dafür, dass das Kältemittel den ersten Verdampfer durchströmt oder den ersten Verdampfer und den zweiten Verdampfer parallel durchströmt, bevor das entspannte Kältemittel zu der Saugseite des Verdichters gelangt. Dies ist für einen effizienten Heizbetrieb des Kältemittelkreises vorteilhaft.
Vorzugsweise werden in dem Heizbetrieb für ein Einstellen einer Förderleistung des Verdichters ein auf der Saugseite des Verdichters vorhandener Druck und eine Temperatur des Luftstroms stromabwärts des ersten Verdampfers berücksichtigt. Auf diese Weise kann sehr effizient eine gewünschte Verringerung der Feuchte des in den Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs einbringbaren Luftstroms eingestellt werden.
Insbesondere kann hierbei eine Kaskadenregelung realisiert werden, bei welcher in einem inneren Regelkreis auf einen Saugdruck des Verdichters geregelt wird und in einem äußeren Regelkreis auf die Temperatur des Luftstroms stromabwärts des ersten Verdampfers. Insbesondere durch eine derartige Kaskadenregelung oder Regelungskaskade kann sichergestellt werden, dass ein für die Verringerung der Feuchte des Luftstroms einzustellender Saugdruck zuverlässig erreicht wird. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei vorzugsweise vorgesehenen Kaskadenregelung der innere Regelkreis sehr schnell ist, also sehr rasch eingeregelt werden kann, während die Regelung der Temperatur des Luftstroms langsamer erfolgt.
Beispielsweise kann durch eine Erhöhung einer Drehzahl des Verdichters eine Absenkung des Drucks auf der Saugseite des Verdichters und somit eine Reduzierung der Temperatur des Luftstroms stromabwärts des ersten Verdampfers erreicht werden.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist einen Kältemittelkreis auf, welcher einen Verdichter umfasst. Mittels des Verdichters ist in einem Heizbetrieb des Kältemittelkreises ein Kältemittel durch einen ersten Kondensator des Kältemittelkreises hindurch förderbar. Mittels des ersten Kondensators ist ein in einen Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs einbringbarer Luftstrom erwärmbar. Mittels des Verdichters ist das Kältemittel in dem Heizbetrieb durch einen zweiten Kondensator des Kältemittelkreises hindurch förderbar, wobei mittels des zweiten Kondensators eine weitere Abkühlung des Kältemittels bewirkbar ist. Zumindest ein Teilstrom des von dem zweiten Kondensator her kommenden Kältemittels ist mittels eines ersten Expansionsorgans des Kältemittelkreises entspannbar und einem ersten Verdampfer des Kältemittelkreises zuführbar. Mittels des ersten Verdampfers ist eine Feuchte des in den Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs einbringbaren Luftstroms verringerbar. Die Steuerungseinrichtung des Kraftfahrzeugs ist dazu ausgebildet, zum Erhöhen einer an dem ersten Kondensator zur Verfügung stehenden Heizleistung ein Entspannen eines weiteren Teilstroms des von dem zweiten Kondensator her kommenden Kältemittels mittels eines zweiten Expansionsorgans des Kältemittelkreises zu bewirken. Des Weiteren ist die Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet, ein Zuführen des weiteren Teilstroms zu einem zweiten Verdampfer des Kältemittelkreises zu bewirken. Das von den Verdampfern kommende Kältemittel ist einer Saugseite des Verdichters zuführbar.
In dem Kraftfahrzeug ist somit ein verbesserter Heizbetrieb des Kältemittelkreises realisierbar, denn die Steuerungseinrichtung ist dazu ausgebildet, den Kältemittelkreis gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren oder einer Ausgestaltung desselben zu betreiben.
Zu der Erfindung gehört auch die Steuerungseinrichtung des Kraftfahrzeugs. Die Steuerungseinrichtung kann eine Datenverarbeitungsvorrichtung oder eine Prozessoreinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder zumindest einen DSP (Digital Signal Processor) aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug und umgekehrt.
Zu der Erfindung gehören demnach auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus ausgestaltet.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 schematisch einen Kältemittelkreis eines Kraftfahrzeugs, welcher in einem Heizbetrieb betreibbar ist; und
2 stark schematisiert das den Kältemittelkreis aufweisende Kraftfahrzeug.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
In 1 ist schematisch ein Kältemittelkreis 10 eines in 2 ebenfalls stark schematisiert dargestellten Kraftfahrzeugs 12 gezeigt. Der Kältemittelkreis 10 kann zum einen in einem Klimaanlagenbetrieb genutzt werden, in welchem in einen Fahrgastraum 14 des Kraftfahrzeugs 12 (vergleiche 2) in an sich bekannter Weise gekühlte Umgebungsluft eingebracht wird. Zur Erläuterung eines derartigen Klimaanlagenbetriebs des Kältemittelkreises 10 wird auf die eingangs genannte DE 10 2018 213 232 A1 verwiesen.
Nachfolgend soll demgegenüber ein Heizbetrieb des Kältemittelkreises 10 erläutert werden, welcher sich von dem Klimaanlagenbetrieb des Kältemittelkreises 10 unterscheidet. In diesem Heizbetrieb fördert ein Verdichter 16 des Kältemittelkreises 10 das verdichtete Kältemittel zunächst hin zu einem ersten Kondensator 18 des Kältemittelkreises 10. Der erste Kondensator 18 fungiert als Gaskühler und kann auch als Heizregister bezeichnet werden. Wenn ein in den Fahrgastraum 14 des Kraftfahrzeugs 12 (vergleiche 2) einbringbarer Luftstrom 20 den von dem verdichteten Kältemittel durchströmten ersten Kondensator 18 überströmt, so wird an den Luftstrom 20 Wärme abgegeben und folglich der Luftstrom 20 erwärmt. Folglich wird in dem Heizbetrieb des Kältemittelkreises 10 der erste Kondensator 18 als Wärmequelle für den Luftstrom 20 genutzt, welcher in den Fahrgastraum 14 des Kraftfahrzeugs 12 eingebracht wird.
Um in dem Heizbetrieb eine Strömung des Kältemittels von einer Hochdruckseite des Verdichters 16 zu dem ersten Kondensator 18 zu bewirken, können ein erstes Absperrventil 22 geöffnet und demgegenüber ein zweites Absperrventil 24 geschlossen werden. Die vorliegend beispielhaft gezeigten Absperrventile 22, 24 können Bestandteile einer Ventileinrichtung des Kältemittelkreises 10 sein.
Von dem ersten Kondensator 18 aus strömt in dem Heizbetrieb das Kältemittel über einen Leitungszweig 26 des Kältemittelkreises 10 weiter hin zu einem zweiten Kondensator 28 des Kältemittelkreises 10, welcher in dem Heizbetrieb zu dem ersten Kondensator 18 in Reihe geschaltet ist. Der zweite Kondensator 28 kann insbesondere im Bereich eines Frontends 30 des Kraftfahrzeugs 12 (vergleiche 2) angeordnet sein und kann daher auch als Frontendkondensator bezeichnet werden. In dem zweiten Kondensator 28 findet aufgrund der Beaufschlagung desselben mit Umgebungsluft eine weitere Abkühlung des Kältemittels statt. Über eine an den zweiten Kondensator 28 angeschlossene Auslassleitung 32 strömt das Kältemittel in dem Heizbetrieb weiter zu einer Verzweigungsstelle 34 des Kältemittelkreises 10. Von der Verzweigungsstelle 34 gelangt das Kältemittel über ein erstes Expansionsorgan 36, welches beispielsweise als Expansionsventil ausgebildet ist, hin zu einem ersten Verdampfer 38 des Kältemittelkreises 10.
Das mittels des ersten Expansionsorgans 36 entspannte Kältemittel nimmt in dem ersten Verdampfer 38 Wärme aus dem Luftstrom 20 auf und sorgt hierbei für eine Verringerung der Feuchte des in den Fahrgastraum 14 des Kraftfahrzeugs 12 einbringbaren Luftstroms 20. Der erste Verdampfer 38 kann daher vorliegend auch als Innenraum-Verdampfer bezeichnet werden.
Eine Eingangsgröße für eine Abkühlung des Luftstroms 20 an dem ersten Verdampfer 38 oder Innenraum-Verdampfer kann im Bereich von etwa 3 °C bis etwa 15 °C liegen, um im Luftstrom 20 enthaltene Feuchte zu kondensieren und somit die Feuchte des Luftstroms 20 zu verringern. In Strömungsrichtung des Luftstroms 20 durch ein Klimagerät 40 des Kraftfahrzeugs 12 betrachtet kann der als Heizregister dienende erste Kondensator 18 dem ersten Verdampfer 38 oder Innenraum-Verdampfer nachgelagert sein (vergleiche 1).
Beispielsweise mittels schematisch gezeigter Luftklappen 42, welche vorliegend in Strömungsrichtung des Luftstroms 20 zwischen dem ersten Verdampfer 38 und dem ersten Kondensator 18 angeordnet sind, kann ein Anteil der in den Fahrgastraum 14 einzubringenden Luftmenge eingestellt werden, welche über den als Heizregister dienenden ersten Kondensator 18 wieder erhitzt werden soll. Hierbei kann als Funktionseingangsgröße ein geforderter Heizwunsch einen Wert zwischen beispielsweise 20 °C und 60 °C haben.
In dem Klimagerät 40 kann eine weitere Heizeinrichtung 44 angeordnet sein, welche beispielsweise als elektrische Zusatzheizung ausgebildet sein kann. Eine derartige elektrische Zusatzheizung kann insbesondere vorgesehen sein, wenn das Kraftfahrzeug 12 als Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug ausgebildet ist, wobei die elektrische Heizeinrichtung 44 von einem elektrischen Energiespeicher des Kraftfahrzeugs 12 versorgt wird, welcher elektrische Energie für einen der Fortbewegung des Kraftfahrzeugs 12 dienenden Antriebsmotor zur Verfügung stellt.
Insbesondere bei Ausbildung des Kraftfahrzeugs 12 als Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug kann der Verdichter 16 als elektrischer Kältemittelverdichter ausgebildet sein, dessen Drehzahl geregelt werden kann.
In dem Heizbetrieb wird das entspannte Kältemittel von dem ersten Verdampfer 38 her kommend über eine Rückführleitung 46 wieder einer Saugseite 48 des Verdichters 16 zugeführt.
Wie in 1 gezeigt, können in der Rückführleitung 46 ein Rückschlagventil 50 und/oder ein Sammler 52 angeordnet sein. Des Weiteren kann mittels eines (optionalen) inneren Wärmetauschers 54 eine Effizienz des Kältemittelkreises 10 verbessert werden.
Vorliegend ist in Strömungsrichtung des Kältemittels durch den Kältemittelkreis 10 im Heizbetrieb betrachtet stromabwärts des ersten Kondensators 18 und stromaufwärts des zweiten Kondensators 28 eine Drosseleinrichtung 56 in dem Leitungszweig 26 angeordnet. Ein durchströmbarer Querschnitt der Drosseleinrichtung 56, welche beispielsweise als Expansionsventil ausgebildet sein kann, kann verringert werden, um in dem Heizbetrieb eine an dem ersten Kondensator 18 zur Verfügung stehende Heizleistung des Kältemittelkreises 10 zu erhöhen. Denn wenn in dem Leitungszweig 26 stromaufwärts der Drosseleinrichtung 56 und somit auch im Bereich des ersten Kondensators 18 ein höherer Druck des Kältemittels vorliegt als stromabwärts der Drosseleinrichtung 56 in dem Leitungszweig 26, so ist auch die Temperatur des den ersten Kondensator 18 durchströmenden Kältemittels höher.
In entsprechender Weise sorgt ein stärkeres Öffnen der Drosseleinrichtung 56 und somit ein Vergrößern des durchströmbaren Querschnitts der Drosseleinrichtung 56 für eine Verringerung der Temperatur des ersten Kondensators 18. Dementsprechend kann eine Lastaufteilung zwischen dem ersten Kondensator 18 und dem zweiten Kondensator 28 durch Ansteuern der Drosseleinrichtung 56 vorgenommen werden. Über diese Lastaufteilung kann somit darauf Einfluss genommen werden, welche Wärmemenge an dem ersten Kondensator 18 und an dem zweiten Kondensator 28 jeweils abgeführt wird.
Es kann vorkommen, dass trotz eines vergleichsweise weitgehenden Verringerns des durchströmbaren Querschnitts der Drosseleinrichtung 56 der erste Kondensator 18 nicht die gewünschte Heizleistung bereitstellt. In diesem Fall kann prinzipiell die Drosseleinrichtung 56 komplett geschlossen und demgegenüber ein Absperrventil 58 geöffnet werden, welches in einer Leitung 62 angeordnet ist, die von einer stromaufwärts der Drosseleinrichtung 56 in dem Leitungszweig 26 angeordneten Abzweigstelle 60 hin zu der Verzweigungsstelle 34 führt. Dann durchströmt das von dem Verdichter 16 geförderte Kältemittel jedoch nicht mehr zunächst den ersten Kondensator 18 und anschließend den zweiten Kondensator 28. Vielmehr wird das von dem ersten Kondensator 18 kommende Kältemittel direkt über das erste Expansionsorgan 36 dem ersten Verdampfer 38 zugeführt.
Ein solcher Verschaltungswechsel ist in dem Heizbetrieb des Kältemittelkreises 10 ungünstig und kann vorliegend besonders weitgehend vermieden werden. Denn selbst dann, wenn ein insbesondere temporäres beziehungsweise vorübergehendes Defizit an Heizleistung an dem ersten Kondensator 18 auftritt, kann dennoch der zweite Kondensator 28 weiterhin von dem Kältemittel durchströmt werden. Hierfür kann in dem Heizbetrieb des Kältemittelkreises 10 durch Hinzunahme eines zweiten Verdampfers 64 die in dem Kältemittelkreis 10 vorhandene Wärmemenge erhöht werden.
Von der Auslassleitung 32 zweigt vorliegend an einer weiteren Abzweigstelle 66 ein weiterer Leitungszweig 68 des Kältemittelkreises 10 ab. In diesem Leitungszweig 68 ist der zweite Verdampfer 64 angeordnet, welcher vorliegend als sogenannter Chiller ausgebildet ist. Dementsprechend dient dieser zweite Verdampfer 64 dem Kühlen eines Kühlmittelstroms.
In 1 ist ein entsprechender Ausschnitt aus einem von dem Kühlmittel durchströmten Kühlmittelkreis 70 des Kraftfahrzeugs 12 schematisch angedeutet. Mit anderen Worten nimmt der zweite Verdampfer 64 Wärme aus dem Kühlmittelstrom auf, welcher den Kühlmittelkreis 70 durchströmt. Auf diese Weise erfolgt ein Eintrag von Wärme in das Kältemittel, welches nach dem Durchströmen des zweiten Verdampfers 64 zu der Saugseite 48 des Verdichters 16 zurückgeführt wird.
In dem Leitungszweig 68 ist ein zweites Expansionsorgan 72 angeordnet, welches dem zweiten Verdampfer 64 in Strömungsrichtung des Kältemittels vorgeschaltet ist. Mittels des zweiten Expansionsorgans 72 wird das in den zweiten Verdampfer 64 einströmende Kältemittel entspannt. Das zweite Expansionsorgan 72 kann insbesondere als Expansionsventil ausgebildet sein.
Wenn das zweite Expansionsorgan 72 geöffnet ist, so durchströmt nicht mehr der gesamte von dem zweiten Kondensator 28 her kommende Massenstrom des Kältemittels den ersten Verdampfer 38. Vielmehr durchströmt ein erster Teilstrom des von dem zweiten Kondensator 28 her kommenden Kältemittels den ersten Verdampfer 38 und ein zweiter Teilstrom durchströmt parallel dazu den zweiten Verdampfer 64. An einer Einmündungsstelle 74 mündet der Leitungszweig 68 stromabwärts des zweiten Verdampfers 64 in die Rückführleitung 46 ein. Dementsprechend wird in diesem Betriebszustand des Kältemittelkreises 10 das von den beiden Verdampfern 38, 64 kommende Kältemittel der Saugseite 48 des Verdichters 16 zugeführt.
Das zweite Expansionsorgan 72 kann insbesondere dann geöffnet werden, wenn aufgrund einer Erhöhung des Heizwunsches oder aufgrund einer Reduzierung der sich in dem Kältemittelkreis 10 befindenden Energiemenge oder Wärmemenge ein temporäres Defizit an Wärme an dem ersten Kondensator 18 ausgeglichen werden soll.
Durch das Hinzunehmen des zweiten Verdampfers 64, bei welchem in dem Heizbetrieb des Kältemittelkreises 10 auch der zweite Verdampfer 64 von Kältemittel durchströmt wird und zwar von dem zweiten Teilstrom des Kältemittels, kann vermieden werden, dass es zu einem häufigen Verschaltungswechsel kommt. Bei dem vorliegend besonders weitgehend vermeidbaren Verschaltungswechsel des Kältemittelkreises 10 wird durch vollständiges Schließen der Drosseleinrichtung 56 und Öffnen des Absperrventils 58 der zweite Kondensator 28 aus dem Kältemittelkreis 10 ausgebunden beziehungsweise ausgekoppelt.
Es können Schwellenwerte vorgegeben werden, welche einerseits eine Entnahmeleistung und andererseits eine Entnahmezeit angeben. Die Entnahmeleistung beschreibt hierbei, welche Wärmemenge aus dem Kühlwasser beziehungsweise Kühlmittelstrom aufgenommen wird, wenn der zweite Verdampfer 64 von dem zweiten Teilstrom des Kältemittels durchströmt und mit dem Kühlmittelstrom beaufschlagt wird. Und die Entnahmezeit gibt an, wie lange eine derartige Aufnahme von Wärme aus dem Kühlmittelstrom oder Kühlwasserstrom durch den zweiten Verdampfer 64 stattfindet. Wenn entsprechende Schwellenwerte überschritten werden, so kann vorgesehen sein, dass die mit Bezug auf 1 beschriebene Verschaltung des Kältemittelkreises 10 verändert wird. Es kann also insbesondere bei Vorliegen eines größeren und/oder länger andauernden Heizwärmedefizits an dem ersten Kondensator 18 ein Wechsel hin zu einer Verschaltung vorgenommen werden, bei welcher der zweite Kondensator 28 ausgebunden ist beziehungsweise ein Durchströmtwerden des zweiten Kondensators 28 unterbunden ist.
Wenn ein in 1 gezeigtes (optionales) Expansionsventil 76 in der Auslassleitung 32 des Kältemittelkreises 10 vorhanden ist, welches vorliegend der weiteren oder zweiten Abzweigstelle 66 vorgeschaltet ist, so können zum Ausbinden oder Auskoppeln des zweiten Kondensators 28 einerseits die Drosseleinrichtung 56 und andererseits das Expansionsventil 76 geschlossen werden. Zusätzlich oder alternativ kann ein Absperrventil 78 des Kältemittelkreises 10 in eine Schließstellung verbracht werden, welches vorliegend in einer Verbindungsleitung 80 angeordnet ist.
Die Verbindungsleitung 80 verbindet vorliegend eine in dem Leitungszweig 26 stromaufwärts des zweiten Kondensators 28 angeordnete Verzweigungsstelle 82 mit einer weiteren Verzweigungsstelle 84. Die zweite oder weitere Verzweigungsstelle 84 befindet sich vorliegend wiederum in einem Leitungszweig 86, welcher von der Einmündungsstelle 74 zu einer weiteren Einmündungsstelle 88 führt.
Die weitere Einmündungsstelle 88 befindet sich vorliegend in einem weiteren Leitungszweig 90 des Kältemittelkreises 10, welcher von der Druckseite des Verdichters 16 hin zu dem ersten Kondensator 18 führt und bei geöffnetem ersten Absperrventil 22 von dem Kältemittel durchströmt wird, das der Verdichter 16 fördert. In dem Leitungszweig 86 befindet sich vorliegend zwischen der Einmündungsstelle 74 und der Verzweigungsstelle 84 ein Rückschlagventil 92, welches aufgedrückt werden kann, wenn Kältemittel die Verbindungsleitung 80 durchströmt. Des Weiteren ist vorliegend in dem Leitungszweig 86 zwischen der Verzweigungsstelle 84 und der Einmündungsstelle 88 ein weiteres Absperrventil 94 angeordnet. Die Absperrventile 78, 94 können ebenso wie das erste Absperrventil 22 und das zweite Absperrventil 24 Bestandteile der Ventileinrichtung des Kältemittelkreises 10 sein.
Die vorstehend beschriebenen Leitungsführungen und dergleichen können in Varianten des Kältemittelkreises 10 von der beispielhaft erläuterten Anordnung der jeweiligen Ventile, Leitungszweige, Verbindungsleitungen, Verzweigungsstellen, Einmündungsstellen und dergleichen abweichen. Es kann nämlich auch auf andere Art und Weise als vorliegend beispielhaft erläutert erreicht werden, dass in dem Heizbetrieb das von dem Verdichter 16 geförderte Kältemittel ausschließlich über den Leitungszweig 90 dem ersten Kondensator 18 zugeführt wird.
Vorliegend wird der zweite Kondensator 28 in dem Heizbetrieb des Kältemittelkreises 10 vorzugsweise genutzt, wenn es an dem ersten Kondensator 18 oder Heizregister zu einer Übererfüllung eines Heizwunsches kommt beziehungsweise die in den Kältemittelkreis 10 eingebrachte Energiemenge oder Wärmemenge größer ist als die Wärmemenge, welche an dem ersten Kondensator 18 an den Luftstrom 20 abgegeben werden soll. Etwa bei einer derartigen Überversorgung kann an dem zweiten Kondensator 28 oder Frontendkondensator überschüssige Wärme an die Umgebungsluft abgegeben werden.
In 2 ist das Kraftfahrzeug 12 mit dem Kältemittelkreis 10 sowie einer Steuerungseinrichtung 96 schematisch gezeigt. Die Steuerungseinrichtung 96 dient der Ansteuerung der unterschiedlichen Komponenten des Kältemittelkreises 10, so dass die vorstehend erläuterten Funktionalitäten des Kältemittelkreises 10 ausgeführt werden können.
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie bei dem Kältemittelkreis 10 mit dualen Kondensatoren in Form des ersten Kondensators 18 und des zweiten Kondensators 28 eine Lastverteilung bereitgestellt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018213232 A1 [0002, 0058]
DE 102019133488 A1 [0003]
DE 102019121711 A1 [0004]
DE 102009056027 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreises (10) eines Kraftfahrzeugs (12), mit einem Verdichter (16), welcher in einem Heizbetrieb des Kältemittelkreises (10) ein Kältemittel durch einen ersten Kondensator (18) hindurch fördert, mittels welchem ein in einen Fahrgastraum (14) des Kraftfahrzeugs (12) einbringbarer Luftstrom (20) erwärmt wird, wobei der Verdichter (16) das Kältemittel in dem Heizbetrieb durch einen zweiten Kondensator (28) hindurch fördert, mittels welchem eine weitere Abkühlung des Kältemittels bewirkbar ist, wobei zumindest ein Teilstrom des von dem zweiten Kondensator (28) her kommenden Kältemittels mittels eines ersten Expansionsorgans (36) entspannt wird und einem ersten Verdampfer (38) zugeführt wird, mittels welchem eine Feuchte des in den Fahrgastraum (14) des Kraftfahrzeugs (12) einbringbaren Luftstroms verringerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erhöhen einer an dem ersten Kondensator (18) zur Verfügung stehenden Heizleistung ein weiterer Teilstrom des von dem zweiten Kondensator (28) her kommenden Kältemittels mittels eines zweiten Expansionsorgans (72) entspannt und einem zweiten Verdampfer (64) zugeführt wird, wobei das von den Verdampfern (38, 64) kommende Kältemittel einer Saugseite (48) des Verdichters (16) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Beaufschlagen des zweiten, insbesondere Wärme aus einem Kühlmittelstrom aufnehmenden, Verdampfers (64) mit dem weiteren Teilstrom zunächst zum Erhöhen der an dem ersten Kondensator (18) zur Verfügung stehenden Heizleistung ein durchströmbarer Querschnitt einer Drosseleinrichtung (56) verringert wird, welche bei einer in dem Heizbetrieb vorliegenden Strömungsrichtung des Kältemittels durch den Kältemittelkreis (10) stromabwärts des ersten Kondensators (18) und stromaufwärts des zweiten Kondensators (28) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sollwert einer Temperatur des ersten Kondensators (18), bis zu welcher die Drosseleinrichtung (56) geöffnet bleibt, auf einen höheren Wert eingestellt wird als ein Sollwert der Temperatur des ersten Kondensators (18), bei deren Erreichen das zweite Expansionsorgan (72) geöffnet wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der durchströmbare Querschnitt der Drosseleinrichtung (56) in Abhängigkeit von einem Sollwert einer Temperatur eingestellt wird, auf welche der Luftstrom mittels des ersten Kondensators (18) erwärmt werden soll.
Verfahren nach einem Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinrichtung (56) in eine Sperrstellung verbracht wird, in welcher ein Durchströmtwerden des zweiten Kondensators (28) unterbunden ist, wenn weder durch ein Verringern des durchströmbaren Querschnitts der Drosseleinrichtung (56) noch durch das anschließende Beaufschlagen des zweiten Verdampfers (64) mit dem weiteren Teilstrom des Kältemittels an dem ersten Kondensator (18) eine vorgegebene Heizleistung bereitstellbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Öffnungsweite des ersten Expansionsorgans (36) in Abhängigkeit von dem weiteren Abkühlen, insbesondere Unterkühlen, des Kältemittels eingestellt wird, welches mittels des zweiten Kondensators (28) bewirkbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einstellen eines Luftmassenstroms, mit welchem der zweite Kondensator (28) beaufschlagt wird, eine an dem ersten Kondensator (18) aus dem Kältemittel abgeführte Wärmemenge und eine Differenz zwischen einer Temperatur des Kältemittels an einem Eintritt in den zweiten Kondensator (28) und einer Temperatur der Umgebungsluft berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Heizbetrieb zum Ermitteln eines Überschusses und/oder eines Defizits der an dem ersten Kondensator (18) zur Verfügung stehenden Heizleistung eine Temperatur und eine Masse des dem ersten Kondensator (18) zugeführten Luftstroms, eine durch den ersten Kondensator (18) zu bewirkende Erwärmung des Luftstroms und eine in den Kältemittelkreis (10) eingebrachte Wärmemenge berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Heizbetrieb - durch Betätigen wenigstens einer Ventileinrichtung (22, 24, 78, 94) dafür gesorgt wird, dass ein gesamter von dem Verdichter geförderter Massenstrom des Kältemittels zumindest durch den ersten Kondensator (18) hindurchströmt und/oder - eine direkte fluidische Kopplung des ersten Kondensators (18) und des zweiten Kondensators (28) mit der Saugseite (48) des Verdichters (16) unterbunden wird und/oder - für ein Einstellen einer Förderleistung des Verdichters (16) ein auf der Saugseite (48) des Verdichters (16) vorhandener Druck und eine Temperatur des Luftstroms (20) stromabwärts des ersten Verdampfers (38) berücksichtigt werden.
Kraftfahrzeug mit einem Kältemittelkreis (10), welcher einen Verdichter (16) umfasst, mittels welchem in einem Heizbetrieb des Kältemittelkreises (10) ein Kältemittel durch einen ersten Kondensator (18) des Kältemittelkreises (10) hindurch förderbar ist, wobei mittels des ersten Kondensators (18) ein in einen Fahrgastraum (14) des Kraftfahrzeugs (12) einbringbarer Luftstrom erwärmbar ist, wobei mittels des Verdichters (16) das Kältemittel in dem Heizbetrieb durch einen zweiten Kondensator (28) des Kältemittelkreises (10) hindurch förderbar ist, wobei mittels des zweiten Kondensators (28) eine weitere Abkühlung des Kältemittels bewirkbar ist, wobei zumindest ein Teilstrom des von dem zweiten Kondensator (28) her kommenden Kältemittels mittels eines ersten Expansionsorgans (36) des Kältemittelkreises (10) entspannbar ist und einem ersten Verdampfer (38) des Kältemittelkreises (10) zuführbar ist, wobei mittels des ersten Verdampfers (38) eine Feuchte des in den Fahrgastraum (14) des Kraftfahrzeugs (10) einbringbaren Luftstroms (20) verringerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungseinrichtung (96) des Kraftfahrzeugs (12) dazu ausgebildet ist, zum Erhöhen einer an dem ersten Kondensator (18) zur Verfügung stehenden Heizleistung ein Entspannen eines weiteren Teilstroms des von dem zweiten Kondensator (28) her kommenden Kältemittels mittels eines zweiten Expansionsorgans (72) des Kältemittelkreises (10) und ein Zuführen des weiteren Teilstroms zu einem zweiten Verdampfer (64) des Kältemittelkreises (10) zu bewirken, wobei das von den Verdampfern (38, 64) kommende Kältemittel einer Saugseite (48) des Verdichters (16) zuführbar ist.